(57)【要約】【課題】ｎ型窒化物半導体である、例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）のｎ型電極を形成する方法を提供する。【解決手段】該ｎ型半導体層上に、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属からなる第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び  前記第一の電極金属層上に、Ａｌなどの仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる層を含む第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程を有するｎ型コンタクト電極の形成方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の上にｎ型コンタクト電極を形成する方法であって、
該ｎ型半導体層上にＴｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる金属層からなる第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び
前記第一の電極金属層上に仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層を含んでなる第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程
とを含むことを特徴とするｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項２】
前記ｎ型半導体層が、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で示される組成を満足するIII族窒化物単結晶からなることを特徴とする請求項１に記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項３】
前記第二の電極金属層が、Ａｕおよび／又はＰｔからなる貴金属層を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項４】
前記第二の電極金属層が、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる接合金属層を更に含んでなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項５】
前記第二の電極金属層が、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる接合金属層、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる高導電性金属層、並びにＡｕおよび／又はＰｔからなる貴金属層を含む多層構造を有し、当該多層構造において前記接合金属層は最下層に配置され、前記貴金属層は前記高導電性金属層よりも上層に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項６】
第二の電極金属層を形成した後の熱処理の温度が、第一の電極金属層を形成した後の熱処理の温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項７】
前記第一の電極金属層を形成する前に、前記ｎ型半導体層をアルカリ溶液により表面処理する工程、
をさらに含む請求項１〜６の何れかに記載のｎ型コンタクト電極の形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの方法により形成されたｎ型コンタクト電極を有するIII族窒化物半導体。
【請求項９】
III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層上に形成されたｎ型コンタクト電極であって、
Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属を主成分とし、ｎ型半導体層上に形成された第一層と、
前記第一層上に形成され、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属並びにＡｕおよび／又はＰｔを含む第二層とからなり、
第二層中の、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属、又はＡｕおよび／またはＰｔが第一層側に偏在してなるｎ型コンタクト電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体のｎ型コンタクト電極とその新規な形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層と電極とのコンタクトは、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ等の金属の構成で比較的良好な接触抵抗値が得られている。例えば、ｎ型コンタクト電極として、ｎ型半導体層であるＧａＮ層上に、ＴｉとＡｌを順次形成し、Ａｌよりも高融点の金属を積層するｎ型コンタクト電極の形成方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。該特許文献１には、Ａｌより高融点の金属として、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕなどが挙げられており、特にＴｉ、Ａｌとの密着性が高いＡｕが良いことが示されている。【０００３】
該特許文献１には、具体的なｎ型コンタクト電極として、ｎ型ＧａＮ層上に、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順に積層された電極が示されている。図１に該ｎ型コンタクト電極の構成を示す。このようなｎ型コンタクト電極は、次のような手順で形成されている。具体的には、特許文献１には、上記ｎ型コンタクト電極の形成方法として、ｎ型ＧａＮ層（コンタクト層）をドライエッチングした後、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕからなる電極金属を該コンタクト層上に順次形成し、最後に４００℃以上、具体的には６００℃で熱処理を行うことが記載されている。上記方法でｎ型ＧａＮ層上にコンタクト電極を形成することにより、良好な接触抵抗値が得られ、かつ、ｎ型ＧａＮ層との密着強度の高いコンタクト電極が形成できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２１１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記方法によれば、ｎ型半導体層がＧａＮ層である場合において、良好な接触抵抗値のｎ型コンタクト電極が得られている。【０００６】
しかしながら、本発明者等の検討によると、III族窒化物半導体において、その上に電極が形成されるｎ型半導体層の組成が変われば、従来の方法でｎ型コンタクト電極を形成しても、良好な接触抵抗値を得られない場合があることが判明した。【０００７】
例えば、波長が３００ｎｍ以下の深紫外領域で発光し、しかも光出力の高い発光ダイオード、及びレーザーダイオードを実現するためには、Ａｌを含むIII族窒化物からなるｎ型半導体層が必要となる。このようなＡｌを含むIII族窒化物からなるｎ型半導体層上に、上記方法に従いｎ型コンタクト電極を形成し、電流−電圧特性を測定したところ、良好な接触抵抗値が得られないことが分かった。【０００８】
この理由は、Ａｌを含むIII族窒化物単結晶は、ＧａＮよりも電子親和力が小さく、それに伴って、電極となる金属を接合したときにショットキーバリア（金属の仕事関数からｎ型半導体の電子親和力を引いた差で定義される）が発生し易くなるためであると考えられた。すなわち、ＧａＮの電子親和力は約２．７ｅＶと比較的大きいため、ショットキーバリアを発生させない金属が存在するうえ、ショットキーバリアが発生したとしてもその値は比較的小さい。これに対し、ＡｌＮの電子親和力は約０．６ｅＶと極めて小さいことからも分かるように、特にＡｌを高濃度で含むIII族窒化物単結晶の電子親和力は小さく、ショットキーバリアを形成しないような小さな仕事関数を有する金属が存在しない。そのため、金属を接合した場合にショットキーバリアの発生が避けられず、オーミック接合又は可及的にオーミック接合に近い接合状態を実現するには、適当な金属を選定すると共にｎ型半導体金属との界面状態を制御して電子空乏層の幅を薄くし、有効なトンネル効果を発生させるなどの何らかの工夫が必要となる。また、別な要因として、ｎ型コンタクト層にＡｌが含まれることで、表面に絶縁層となる酸化膜が形成され易くなることも、良好な接触抵抗値が得られない理由の一つであると考えられた。【０００９】
したがって、本発明の目的は、III族窒化物単結晶よりなるｎ型半導体層と良好な接触抵抗値を得ることができるｎ型コンタクト電極を形成する方法を提供することにある。中でも、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）のように電子親和力が小さく、Ａｌが含まれるIII族窒化物よりなるｎ型半導体層において、良好な接触抵抗値を得ることができるｎ型コンタクト電極を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行った。その結果、ｎ型半導体層上に第一の電極層としてチタン金属層を形成した後、所定の温度で熱処理を行い、該熱処理後に、さらに第二の電極層としてアルミニウム金属層を形成してから再度熱処理を行った場合には、再現性に問題はあるものの、接触抵抗が小さくなることがあるという知見を得た。そして、該知見に基づき更に検討を行った結果、第一の電極層をバナジウム又はタンタルで形成し、更に第二の電極層を仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属で形成した場合にも同様の効果を得ることができることを見出すと共に、第二の電極層を仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属からなる金属層と金および／又は白金からなる金属層を含む多層構造とした場合には、より再現性よく接触抵抗を小さくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１１】
すなわち、本発明は、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の上にｎ型コンタクト電極を形成する方法であって、
該ｎ型半導体層上にチタン、バナジウムおよびタンタルからなる群より選ばれる少なくとも１種からなる金属層からなる第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び
前記第一の電極金属層上に仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属（以下、特定高導電性金属とも言う。）からなる高導電性金属層を含んでなる第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程
とを含むことを特徴とするｎ型コンタクト電極の形成方法である。【００１２】
中でも、本発明の方法は、前記ｎ型半導体層が、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で示される組成を満足するIII族窒化物単結晶からなる場合に、特に好適に適用できる。【００１３】
また、本発明においては、前記第二の電極金属層が二層以上の多層構造を有し、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる接合金属層を含むことが好ましく、該接合金属層は該多層構造の最下層に配置されることが更に好ましい。こうすることにより、第二の熱処理後において第一の電極金属層と第二の電極金属層との密着性をより高くし、信頼性を高めることができる。又、第二の電極金属層は、Ａｕ、及び／又はＰｔからなる貴金属層を含む多層構造を有することが好ましく、該貴金属層は前記高導電性金属層より上層に配置されることが好ましい。上記貴金属層をこのように配置することにより、安定して接触抵抗を低くすることができ、オーミック接合を実現することも可能となる。第二の電極金属層は、前記接合金属層、前記高導電性金属層および前記貴金属層を含む多層構造を有し、当該多層構造において前記接合金属層は最下層に配置され、前記貴金属層は前記高導電性金属層よりも上層に配置されていることが最も好ましい。【００１４】
また、本発明においては、第二の電極金属層を形成した後の熱処理の温度を、第一の電極金属層を形成した後の熱処理の温度よりも低くすることが好ましい。【００１５】
また、本発明の方法には、前記第一の電極金属層を形成する前に、前記ｎ型半導体層をアルカリ溶液により表面処理する工程が含まれる。【００１６】
さらに、本発明は、上記方法により形成されたｎ型コンタクト電極を有するIII族窒化物半導体である。【００１７】
本発明に係わる電極としては、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層上に形成されたｎ型コンタクト電極であって、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属を主成分とし、ｎ型半導体層上に形成された第一層と、前記第一層上に形成され、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属並びにＡｕおよび／又はＰｔを含む第二層とからなり、第二層中の、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属、又はＡｕおよび／或いはＰｔが第一層側に偏在してなるｎ型コンタクト電極が、再現性良く接触抵抗の低いものが安定して得られるという理由から、特に好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の方法によれば、III族窒化物よりなるｎ型半導体層とｎ型コンタクト電極において、良好な接触抵抗値を得られるコンタクト電極を形成することができる。【００１９】
中でも、本発明の方法は、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０、好ましくは０．５＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜０．５を満たす有理数であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である。）の組成を満足するIII族窒化物よりなるｎ型半導体層であっても、優れた接触抵抗値が得られるｎ型コンタクト電極を形成することができる。従って、本発明の方法でｎ型コンタクト電極を形成したIII族窒化物半導体は、深紫外発光素子に好適に使用できる。【００２０】
本発明の方法により、このような優れた効果が得られるメカニズムは、必ずしも明らかではないが、電子顕微鏡観察の結果から、本発明者等は次のように推定している。すなわち、低接触抵抗化が図れることに関しては、第一の電極金属層を構成するＴｉ、ＶおよびＴａがＡｌ系III族窒化物に対して反応性を有していることに起因して、８００℃以上１２００℃以下という高温で熱処理することにより反応が起り、恐らくこれら金属の窒化物からなる極薄い層（反応層）が界面に形成される（金属窒化物の形成反応）のが主たる要因であると推定している。界面にこのような反応層が形成されると、ショットキーバリアを低くするか又はその幅を狭くし（電子空乏層の厚さを薄くし）、トンネル効果が起り易くなると考えられる。【００２１】
更に本発明の方法では、第一の熱処理後に第二の電極金属層として特定高導電性金属からなる高導電性金属層を形成して第二の熱処理をすることにより、第一の熱処理で得られた界面状態が更に良好な状態となると共に高導電性金属が良好に接合するようになったため、接触抵抗が低くなったものと推定している。なお、第二の電極金属層の形成および第二の熱処理を行わない場合には、界面状態が十分に良好な状態とはならない。しかも、Ｔｉなどの上記金属は金属自体の比抵抗が大きく、接触抵抗を有効に低減することができない。また、第一の電極金属層形成後、第一の熱処理を行わずに第二の電極金属層を形成し、熱処理を行った場合には、該熱処理時に第二の電極金属層を構成する金属が拡散してｎ型半導体層と接触してしまい、良好な界面状態が得られなくなり、接触抵抗を低くすることが困難となる。たとえば、特に、ＡｕやＰｔといった貴金属は高温での拡散性が高いため、第一の熱処理を省略して第二の熱処理のみを行った場合には、上記反応（金属窒化物の形成反応）が十分に起る前にこれら貴金属が界面に拡散移動し、ｎ型半導体と直接接触するようになるため、接触抵抗を低くすることができない。第一の熱処理を行った場合には上記反応が十分に起り、バリア層として機能する「窒化チタン等の金属窒化物を含む層」が十分に形成されるため、第二の熱処理時に上記貴金属や高導電性金属はｎ型半導体と直接接触せず、低接触抵抗化が図れたものと考えられる。【００２２】
また、本発明によれば、第二の電極金属層を多層構造とし、最下層に第一の電極金属層と同類の金属からなる接合金属層を設け、Ａｕ及び／又はＰｔからなる貴金属層を高導電性金属層の上部に設けることにより、再現性良く接触抵抗の低いものが安定して得られるようになる。これは、最下層に接合金属層を配置することにより、第二の熱処理により接合金属層を構成する金属と（第一の熱処理後の）第一の電極金属層を構成する金属とが混和して一体化し、接合強度が高くなることが一つの要因であると考えられる。なお、貴金属層を設けない場合には、第二の熱処理によって第一の電極金属層と第二の電極金属層との界面もしくはその近傍に比較的大きな空隙（ボイド）が形成され易い。これに対し、貴金属層を形成した場合には、このようなボイドの発生は殆ど見られない。このことから、高温において拡散し易い上記貴金属が第二の熱処理時に拡散して空隙（ボイド）を埋めるため、再現性が飛躍的に向上したものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】特許文献１に記載のｎ型コンタクト電極の構造を示した概略図である。
【図２】実施例１においてｎ型コンタクト電極を形成した際の工程図である。
【図３】実施例１で得られたｎ型コンタクト電極断面のＴＥＭ（透過型分析電子顕微鏡）−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）分析結果である。
【図４】比較例１で得られたｎ型コンタクト電極断面のＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、III族窒化物単結晶層からなるｎ型半導体層の上に、ｎ型コンタクト電極を形成する方法である。具体的には、III族窒化物単結晶層よりなるｎ型半導体層上に第一の電極金属層を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う工程、及び前記第一の電極金属層上に第二の電極金属層を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行う工程とを含むｎ型コンタクト電極の形成方法である。以下、本発明の好適な一態様である工程図を示した図２を用いて、順を追って説明する。
【００２５】
（III族窒化物単結晶層からなるｎ型半導体層（ｎ型半導体層の準備））
本発明において、III族窒化物単結晶よりなるｎ型半導体層は、公知の方法で製造することができる。なお、本発明においてIII族窒化物とは、一般式ＡｌＡＩｎＢＧａ１−Ａ−ＢＮ（ただし、Ａ、Ｂ、Ｃは、０≦Ａ≦１．０、０≦Ｂ≦１．０、０≦Ａ＋Ｂ≦１．０を満足する。）で示される組成を満足するものである。なお、III族窒化物をｎ型半導体とするためには、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のようなｎ型不純物（ドナー）を通常１×１０１７〜１×１０１９（原子／ｃｍ３）、好ましくは５×１０１７〜５×１０１８（原子／ｃｍ３）ドープする必要があるが、上記組成式においてはこれら不純物濃度は考慮していない。
【００２６】
前記ｎ型半導体層は、その用途に応じて、組成や構成を適宜決定すればよい。例えば、図２（図２の（ａ））に示すように、該ｎ型半導体層２は、サファイア基板のような単結晶基板１上や、該基板１上に組成の異なるIII族窒化物半導体層（III族窒化物単結晶層）が１層以上形成された積層体上に、形成されていてもよい。また、ｎ型半導体層２には、ドーパントとしてＳｉを含むこともできる。なお、該基板１、ｎ型半導体層２の厚みは、使用する用途に応じて適宜決定すればよい。ｎ型半導体層２の厚みは、通常、０．５〜５．０μｍである。
【００２７】
このようなｎ型半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成することができる。具体的には、市販の装置を使用し、前記単結晶基板上に、または、前記積層体上に、III族原料ガス、例えば、トリメチルアルミニウムのような有機金属のガスと、窒素源ガス、例えば、アンモニアガスのような原料ガスを基板上に供給することにより、ｎ型半導体層を形成することができる。前記ＭＯＣＶＤ法によりｎ型半導体層を形成する条件は、公知の方法を採用することができる。
【００２８】
本発明においては、前記方法に従いｎ型半導体層を形成することができる。該ｎ型半導体層は、特に制限されるものではなく、前記組成で示されるIII族窒化物単結晶から構成されればよい。そのため、ｎ型半導体層は、ＧａＮ層であってよい。ただし、本発明の方法は、特に、ｎ型半導体層がＡｌを含むIII族窒化物単結晶から構成される場合、中でも、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０を満たす有理数とし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である）で示される組成を満足するIII族窒化物単結晶から構成される場合に、優れた効果を発揮する。
【００２９】
このようなＡｌを含むIII族窒化物単結晶層の電子親和力は、Ａｌの含有率が高いほど小さくなる。このとき、金属と接合したときのショットキーバリアは増大し、低接触抵抗化しにくくなるとともに、オーミック接合は得られ難くなる。本発明の方法では、良好な接触抵抗値が得られ難い、Ａｌを高含有率で含むIII族窒化物単結晶層よりなるｎ型半導体層であっても、優れた効果を得ることができる。
【００３０】
そのため、本発明においては、Ａｌの含有量が多いIII族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の場合に、特に好適に適用される。具体的には、ｎ型半導体層が、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（ｘ、ｙ、ｚは、０＜ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ＜１．０好ましくは０．５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１、０≦ｚ≦０．５を満たす有理数であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０である。）で示される組成を満足するIII族窒化物単結晶から構成される場合に、好適に適用できる。上記Ａｌの含有量が多いIII族窒化物単結晶の中でも、好ましくはｘが０．５以上であり、特に好ましくはｘが０．６以上であるIII族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層の場合に、本発明の方法は、特に好適に適用される。なお、この場合、ｙは０以上０．１以下であればよいが、特にｙは０であることが好ましい。
【００３１】
本発明においては、III族窒化物単結晶からなる上記ｎ型半導体層上にコンタクト電極を形成する。本発明の方法では、多段階でコンタクト電極を形成するが、コンタクト電極を形成する前に、該ｎ型半導体層を表面処理することもできる。通常、III族窒化物半導体素子を製造する場合には、ｎ型コンタクト電極を形成するｎ型半導体層上に、さらにｐ型半導体層を積層する。そして、このｐ型半導体層の一部をエッチング処理（例えば、塩素原子を含む塩素系ガス、フッ素原子を含むフッ素系ガス等のハロゲン系ガスによるドライエッチング処理）により除去し、残ったｐ型半導体層上にｐ型コンタクト電極を形成し、エッチング処理により露出させたｎ型半導体層上にｎ型コンタクト電極を形成する。本発明の方法は、このような方法により露出したｎ型半導体層上に、ｎ型コンタクト電極を形成する場合にも有効に適用できる。さらには、上記ドライエッチング処理した後、酸溶液、あるいはアルカリ溶液による表面処理を行ったｎ型半導体層上に、コンタクト電極を形成する場合にも有効に適用できる。当然のことながら、本発明の方法は、ドライエッチング処理を行わず、酸溶液、或いはアルカリ溶液による表面処理を行っただけのｎ型半導体層上に、コンタクト電極を形成する場合にも有効に適用できる。該表面処理により、ｎ型半導体層表面の酸化膜、水酸化膜、または、ドライエッチング処理によって受けたｎ型窒化物半導体層のダメージ層を除去することができる。次に、この表面処理について説明する。
【００３２】
先ず、酸溶液による表面処理の方法を具体的に説明する。使用する酸溶液としては、塩酸、フッ酸、王水等の無機酸溶液、三フッ化ホウ素エーテラート等の有機酸溶液を使用することができる。これらの酸溶液は、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層表面に形成される自然酸化膜や水酸化膜を除去する作用を持つ。酸溶液の濃度、温度、処理時間（酸溶液への浸漬時間）は、使用する薬液に応じて適宜最適化すればよい。表面処理の方法としては、前記酸溶液中に基板を浸漬させる方法が挙げられる。最も好ましい態様を例示すれば、濃度が１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の無機酸溶液中に、５０℃以上該溶液の沸点以下、好ましくは７０℃以上１００℃以下の温度で１分間以上２０分間以下、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層を浸漬して表面処理することが好ましい。
【００３３】
次に、アルカリ溶液による表面処理の方法を具体的に説明する。使用するアルカリ溶液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等の無機アルカリ溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液等の有機アルカリ溶液を使用することができる。これらのアルカリ溶液を使用した場合、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層をウェットエッチングする作用を持つと考えられる。アルカリ溶液の濃度、温度、処理時間（アルカリ溶液への浸漬時間）は、使用する薬液に応じて適宜最適化すればよい。表面処理の方法としては、前記アルカリ溶液中に基板を浸漬させる方法が挙げられる。最も好ましい態様を例示すれば、濃度が１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の無機アルカリ溶液中に、５０℃以上該溶液の沸点以下、好ましくは７０℃以上１００℃以下の温度で１分間以上２０分間以下、III族窒化物単結晶からなるｎ型半導体層を浸漬して表面処理することが好ましい。
【００３４】
上記の表面処理の中でも、より良好な接触抵抗値となるｎ型コンタクト電極を形成するには、アルカリ溶液による表面処理を実施することが好ましい。特に、前記組成を満足するＡｌが含まれるIII族窒化物よりなるｎ型半導体層上にコンタクト電極を形成する場合、アルカリ溶液による表面処理の方が酸溶液を用いた表面処理よりもマイルドな条件で高い低接触抵抗化効果を得ることができる。アルカリ溶液による表面処理を実施することにより優れた効果が発揮される理由は、明らかではないが、前記アルカリ溶液は窒化物に対して強いエッチング効果があることに起因していると考えられる。また、アルカリ溶液による表面処理は、ドライエッチング処理により形成されたプラズマによるダメージ層を効率よく除去できるため、本発明の方法は、ドライエッチング処理後、アルカリ溶液による表面処理を行ったｎ型半導体層上に、コンタクト電極を形成する場合に特に好適に適用できる。
【００３５】
本発明は、必要に応じて前記方法で表面処理した前記ｎ型半導体層上に第一の電極金属層３を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行う。次に、第一の電極金属層３を形成する方法について説明する。
【００３６】
（第一の電極金属層３の形成方法）
本発明において、前記ｎ型半導体層上に、第一の電極金属層を形成する方法は、公知の電極金属層を形成する方法を採用すればよい。
【００３７】
第一の電極金属層３を形成する具体的な方法としては、前記ｎ型半導体層２の表面に、電子線真空蒸着法にて金属膜を成膜する方法を挙げることができる。金属膜を蒸着する際のチャンバー内圧力は、不純物等の影響を低減するために１．０×１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。このような方法により、図２（図２の（ｂ））に示すように、ｎ型半導体層２上に、第一の電極金属層３を形成することができる。
【００３８】
本発明において、第一の電極金属層３を構成する金属は、Ｔｉ、Ｖ、およびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種である必要がある。これら金属は、Ａｌを含有するIII族窒化物に対して活性を有し、高温で反応して窒化物を形成するという共通の性質を有する。このため、下記に詳述する熱処理によって、第一の電極金属層３から第一層３ｂが形成され、ｎ型半導体層２との界面において、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）といった前記金属の窒化物或いは前記金属とＡｌの複合窒化物からなる層（反応層）が形成され、電子空乏層を薄くし（ショットキーバリアの幅を狭くし）、トンネル効果が発現するような界面状態となり、接触抵抗値を低減できるものと考えられる。第一の電極金属層３は、後述する第二の電極金属層４との兼ね合いを考慮すると、Ｔｉから構成されることが最も好ましい。なお、ｎ型半導体がＧａＮである場合に電極金属としてＴｉを使用することがあるが、ＧａＮは熱分解性が高く、電極形成後の熱処理温度が４００〜６００℃程度であるため、反応層の形成は殆ど起らないと考えられる。
【００３９】
なお、後述する本発明の実施例においては、第一の電極金属層３にＴｉを用いた態様を例示しているが、「ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，  Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５，２００８」、「ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  １００，  ０４６１０６（２００６）」等に示される類似性から、Ｖ或いはＴａを用いた場合にも同様の効果が得られると考えられる。
【００４０】
本発明において、第一の電極金属層３の厚みは、特に制限されるものではないが、１０ｎｍ以上であることが好ましい。第一の電極金属層３の厚みが、上記範囲を満足することにより、下記に詳述する第二の熱処理によって金属が拡散したとしても、ｎ型半導体層２全体を第一の電極金属層３（第一層３ｂ）で覆うことができ、良好な接触抵抗値を得ることができる。また、第一の電極金属層３の厚みの上限値は、特に制限されるものではないが、生産性、経済性を考慮すると５０ｎｍである。
【００４１】
本発明においては、前記方法によりｎ型半導体層上に第一の電極金属層３を形成した後、８００℃以上１２００℃以下の温度で熱処理を行い、第一層３ｂを得る。次に、この熱処理（第一の熱処理）について説明する。
【００４２】
（第一の熱処理）
本発明においては、第一の熱処理を行うことにより、優れた効果を発揮する。この熱処理を行わない場合には、界面にショットキーバリアの幅を有効に小さくするような反応層を形成することができず、また、第一の電極金属層３から形成される第一層３ｂとｎ型半導体層との密着性が不十分となり、良好な接触抵抗値が得られない。
【００４３】
本発明において、第一の熱処理温度は、８００℃以上１２００℃以下でなければならない。該温度が８００℃未満の場合には、反応層の形成が不十分となるばかりでなく第一層３ｂとｎ型半導体層２との密着性が低下するため好ましくない。一方、１２００℃を超えると、ｎ型半導体層２の熱分解が生じるおそれがあるため好ましくない。ｎ型半導体層２と第一層３ｂの密着強度、ｎ型半導体層２の熱分解を考慮すると、第一の熱処理の温度は、８００℃以上１１００℃以下とすることが好ましい。なお、この第一の熱処理は、温度が上記範囲であれば一定の温度であってもよいし、上記範囲内で変動してもよい。また、変動する場合、第二の電極金属層４を形成した後の熱処理温度との比較は、平均値を比較すればよい。
【００４４】
本発明において、第一の熱処理の時間は、ｎ型半導体層２の組成、第一の電極金属層３の種類、厚さ等に応じて適宜決定すればよいが、３０秒以上９０秒以下で実施することが好ましい。なお、該熱処理の時間には、昇温過程の時間を含むものではない。昇温時間は、できるだけ短い方がよいが、装置の容積、性能、熱処理温度等により影響されるため、通常、１２０秒以下であることが好ましく、さらには６０秒以下であることが好ましい。昇温時間の最短時間は、装置の性能に大きく影響されるため一概に限定できないが、通常、１０秒である。
【００４５】
本発明において、第一の熱処理は、特に制限されるものではないが、ｎ型半導体層との好ましくない反応を防ぐという点から、不活性ガス雰囲気下、例えば、窒素雰囲気下で実施することが好ましい。
【００４６】
このような第一の熱処理は、ｎ型コンタクト電極を形成する場合に、通常用いられるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：瞬間熱処理）装置を用いて実施することができる。
【００４７】
なお、上記第一の熱処理により、本発明のｎ型コンタクト電極におけるｎ型半導体層上に、第一層３ｂが形成される。第一層３ｂは、前記第一の電極金属層３の熱処理物であり、ｎ型半導体層との界面には薄い（厚さ数ｎｍ程度、もしくはそれ以下の）反応層が形成され、その上にＴｉ、ＶおよびＴａからなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む金属層が存在する。なお、当該金属層にはＴｉ等の上記金属の窒化物が混在している場合が多い。第一の熱処理で形成される第一層３ｂ、特にその中の反応層は、おそらく上記金属窒化物による効果と思われるが、第二の熱処理において特定高導電性金属、Ａｕ、Ｐｔなどの金属が拡散により移動してｎ型半導体層と直接接触することを防止するバリア層として機能すると考えられる。
【００４８】
本発明においては、前記第一の熱処理を行った後、次いで、第一の熱処理後の第一の電極金属層上、すなわち第一層３ｂ上に、第二の電極金属層４を形成し、さらに、７００℃以上１０００℃以下で熱処理を行う。
【００４９】
（第二の電極金属層４の形成方法）
本発明において、前記第一の熱処理を行った後の第一の電極金属層（第一層３ｂ）上に、第二の電極金属層４を形成する方法は、第一の電極金属層を形成する方法と同じく、公知の電極金属層を形成する方法を採用することができる。具体的には、前記第一層３ｂの表面に、電子線真空蒸着法にて金属膜を成膜する方法を挙げることができる。金属膜を蒸着する際のチャンバー内圧力は、不純物等の影響を低減するために１．０×１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。このような方法により、図２（図２の（ｃ））に示すように、第一層３ｂ上に、第二の電極金属層４を形成することができる。
【００５０】
この第二の電極金属層４は、仕事関数が４．０ｅＶ〜４．８ｅＶであり、且つ比抵抗が１．５×１０−６Ω・ｃｍ〜４．０×１０−６Ω・ｃｍである金属（特定高導電性金属）からなる金属層（高導電性金属層）を含む。一般に、金属の仕事関数は、測定方法及び出典により若干数値が異なることがあるが、本発明ではＪＡＰ＿４８＿４７２９（１９７７）に記載された仕事関数を指すこととする。第一の熱処理後に第二の電極金属層として特定高導電性金属からなる金属層を形成して熱処理することにより、第一の熱処理で得られた界面状態を保持し、ショットキーバリアを増大させることなく高導電性金属が接合し、接触抵抗を低くすることができる。特定高導電性金属としては、Ａｌ（比抵抗２．６５×１０−６Ω・ｃｍ、仕事関数：４．２８ｅＶ）、Ａｇ（比抵抗１．５９×１０−６Ω・ｃｍ、仕事関数：４．２６ｅＶ）、Ｃｕ（比抵抗１．９２×１０−６Ω・ｃｍ、仕事関数：４．６５ｅＶ）等を挙げることができるが、低コストで高い効果が得られることからＡｌを使用することが好ましい。
【００５１】
これら第二の電極金属層４は、特定高導電性金属からなる層（高導電性金属層）のみからなっていてもよいが、好ましくは多層構造を有する。たとえば、第一層３ｂとの接合性が高くなるという理由から、Ｔｉ、ＶおよびＴａからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる接合金属層を含むことが好ましく、該接合金属層は該多層構造の最下層に配置されることが更に好ましい。また、安定して接触抵抗を低くすることができ、オーミック接合を実現することも可能となると言う理由から、Ａｕ及び／又はＰｔからなる貴金属層を含むことが好ましく、該貴金属層は高導電性金属層より上層に配置されることが特に好ましい。第二の電極金属層４の最も好ましい態様としては上記２つの効果が同時に得られることから、前記接合金属層、前記高導電性金属層、並びに前記貴金属層を含む多層構造を有し、当該多層構造において前記接合金属層は最下層に配置され、前記貴金属層は前記高導電性金属層よりも上層に配置されている態様を挙げることができる。
【００５２】
なお、第二の熱処理時において、前記貴金属の拡散性を制御し、ボイド発生防止(ボイドを埋める）機能を損なうことなく、貴金属がｎ型判導体層にまで拡散して接触するのをより確実に防止するために、前記貴金属層の直下にＮｉ（比抵抗６．２×１０−６Ω・ｃｍ、仕事関数：５．１５ｅＶ）層を形成してもよい。
【００５３】
本発明においては、この第二の電極金属層４は、１層の金属膜から形成されてもよいが、より高性能なｎ型コンタクト電極とするためには、前記の通り、その目的に応じて２層以上の金属多層膜とすることが好ましい。図２（図２の（ｃ））に、第二の電極金属層４の好適な層構成の一例を示した。図２の（ｃ）を用いてより具体的に説明すると、前記第一層３ｂ上に、Ｔｉ等よりなる第一の金属膜４１（接合金属層）を形成し、該金属膜４１上に、さらに、Ａｌ等よりなる第二の金属膜４２（高導電性金属層）を形成し、さらに、金属膜４２上にＡｕ等よりなる第三の金属膜４３（貴金属層）を形成する。なお、図示はしていないが、前記の通り、上記第三の金属膜４３の下層に、Ｎｉ層を設けることもできる。
【００５４】
第二の電極金属層４の厚みは、特に制限されるものではなく、２０ｎｍ以上であればよい。なお、第二の電極金属層４の厚みの上限は、構成する金属の種類、多層構成により、最適な厚みが異なるため、一概に限定できないが、通常、生産性、経済性を考慮すると、２００ｎｍである。多層構成の場合は、合計の厚みが上記範囲を満足することが好ましい。
【００５５】
また、第二の電極金属層４が、前記接合金属層、前記高導電性金属層および前記貴金属層を含む多層構造を有する場合には、各層の厚みは、以下の範囲を満足することが好ましい。すなわち、前記接合金属層の厚みは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、前記高導電性金属層の厚みは、１０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ましく、前記貴金属層の厚みは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすることが好ましい。各金属層が上記範囲の厚みを満足することにより、ｎ型コンタクト電極層５を低抵抗化することができ、かつ、生産性、経済性良く製造することができる。
【００５６】
本発明においては、前記方法により第二の電極金属層４を形成した後、７００℃以上１０００℃以下の温度で熱処理を行い、第二層４ｂを得て、ｎ型コンタクト電極を形成することができる。
（第二の熱処理）
本発明においては、第二の熱処理を行うことにより、第一層３ｂと第二層４ｂとを良好に密着させ、更にｎ型半導体と第一層３ｂとの界面状態や第二層４ｂの状態を接触抵抗が低下するような良好な状態とすることができる。
【００５７】
本発明において、第二の熱処理の温度は、７００℃以上１０００℃以下である。この温度範囲を外れると、所期の効果を得ることができない。第一層３ｂと第二層４ｂとの密着性、第一層３ｂとｎ型半導体層２との密着性を考慮すると、第二の熱処理の温度は、７００℃以上８５０℃以下とすることがより好ましい。また、この第二の熱処理温度は、前記表面処理したｎ型半導体層上にコンタクト電極を形成する場合には、表面処理の態様により、その温度を変えることが好ましい。この理由は、明らかではないが、表面処理の態様の違いにより、ｎ型半導体層の表面状態が異なることに起因しているものと考えられる。具体的な温度条件を説明すると、ｎ型半導体層を酸溶液により表面処理した場合には、第二の熱処理の温度は、７４０℃以上８５０℃以下とすることが好ましく、さらに、７５０℃以上８４０℃以下とすることが好ましい。一方、アルカリ溶液により表面処理した場合には、第二の熱処理の温度は、７００℃以上８５０℃以下とすることが好ましく、さらに、７２５℃以上８００℃以下とすることが好ましい。
【００５８】
また、第一層３ｂとｎ型半導体層２との強固な密着を保持するために、第二の熱処理の温度は、第一の熱処理の温度よりも低くすることが好ましい。具体的には、第二の熱処理の温度は、第一の熱処理よりも５０℃以上低い温度とすることが好ましい。また、第一の熱処理と第二の熱処理との温度差の上限は、特に、制限されるものではないが、５００℃以下であることが好ましく、さらには、２５０℃以下であることが好ましい。
【００５９】
なお、この第二の熱処理は、温度が上記範囲であれば、一定の温度であってもよいし、上記範囲内で変動してもよい。また、変動する場合、第一の熱処理温度との比較は、平均値を比較すればよい。
【００６０】
本発明において、第二の熱処理は、特に制限されるものではないが、第一の熱処理と同じく、ｎ型半導体層２との好ましくない反応を防ぐという点から、窒素雰囲気下で実施することが好ましい。また、熱処理の時間は、効果およびｎ型半導体層２へのダメージ低減の観点から、３０秒以上９０秒以下とすることが好ましい。なお、該熱処理の時間には、昇温過程の時間を含むものではない。昇温時間は、できるだけ短い方がよいが、装置の容積、性能、熱処理温度等により影響されるため、通常、１２０秒以下であることが好ましく、さらには６０秒以下であることが好ましい。昇温時間の最短時間は、装置の性能に大きく影響されるため一概に限定できないが、通常、１０秒である。
【００６１】
このような第二の熱処理は、第一の熱処理と同じく、ｎ型コンタクト電極を形成する場合に用いられるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：瞬間熱処理）装置を用いて実施することができる。
【００６２】
なお、上記第二の熱処理により、本発明のｎ型コンタクト電極における第一層３ｂ上に、第二層４ｂが形成される。第二層４ｂは、前記第二の電極金属層４の熱処理物であり、その層構成に応じた金属を含むが、熱処理による拡散や合金化などにより層内の状態は大きく変化する。
【００６３】
このような第二の熱処理における第二の電極金属層４内の状態変化を、後述する実施例１を例に、第一の熱処理における第一の電極金属層３内の状態変化と合わせて以下に説明する。図３は、実施例１、具体的には第一の電極金属層３としてＴｉ層を形成した後に第一の熱処理を行い、その後、第二の電極金属層４として下から順にＴｉ層（接合金属層）、Ａｌ層（高導電性金属層）およびＡｕ層（貴金属層）を形成した積層構造としてから第二の熱処理を行うことによって形成したｎ型コンタクト電極の断面のＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果を示している。図３（ａ）は、断面のＴＥＭ像であり、（ｂ）は当該ＴＥＭ像におけるＴｉの面内分布図であり、（ｃ）は同Ａｌの面内分布図であり、（ｄ）は同Ｎ（窒素）の面内分布図であり、（ｅ）は同Ａｕの面内分布図である。
【００６４】
これら図から分かるように、第二の熱処理後において第一層３ｂ（つまり第一の熱処理後の第一の電極金属層３）であるＴｉ層は、熱処理前の第二の電極金属層４のＴｉ層（接合金属層）と一体化し、ＴｉとＴｉ窒化物（ex.ＴｉＮ）とが混在する、厚さが５０ｎｍ程度の層１１０を形成している。なお、Ａｌを高濃度で含むｎ型のIII族窒化物半導体上にＴｉ薄膜を形成して熱処理するとＴｉＮが形成されることは良く知られた事実である。したがって、図３から判別することは難しいが、本態様においても該層１１０とｎ型半導体との界面には極薄いＴｉＮ層（反応層）が形成されていることはほぼ間違いない。また、層１１０上には、Ａｌが拡散移動して形成された厚さが２０ｎｍ程度のほぼＡｌのみからなる層１２０が形成されて、さらにその上にＡｕが拡散移動して形成された、Ａｕ、ＡｌおよびＴｉ（微量のＴｉＮが混在していると思われる）を含む厚さ１２０ｎｍ程度の層１３０が形成されている。なお、図に示さない別の視野においては、前記層１２０が部分的に破れ、前記層１３０が前記層１１０上に直接接触している部分も観察された。さらに、層１３０上には、最上層として、ほぼＡｌのみからなる厚さ３０ｎｍ程度の層１４０が形成されている。なお、図２（ｄ）では、便宜的に、熱処理後の第一の電極金属層（第一層３ｂ）と、熱処理後の第二の電極金属層（第二層４ｂ）を、それぞれ個別の層として表している。ただし、実際には、上述のように、第一層３ｂと、第二層４ｂの一部（接合金属層）とが層１１０のような層を形成している。
【００６５】
なお、貴金属層を形成しない第二の電極金属層を用いる他は実施例１と同様にして得たｎ型コンタクト電極の構造は、ｎ型半導体側から、ＴｉＮを含むＴｉ層、Ｔｉ（およびＴｉＮ）を含むＡｌ層およびほぼＡｌのみからなる層の３層構造を有しており、ｎ型半導体にＡｌ金属が直接接触していない点では、実施例１と同様であった。しかし、Ａｕ層を形成しない上記態様では、Ｔｉ（およびＴｉＮ）を含むＡｌ層に空隙（ボイド）が観察された。このような系では低接触抵抗化の再現性が低いという問題があるのに対し、Ａｕ層を形成した実施例１ではこのようなボイドは観察されず、再現性よく低接触抵抗化を図ることができる。このような事実から、ボイドの形成により再現性が低下するものと推定される。また、Ａｕのような拡散しやすい貴金属層を形成した場合には、第二の熱処理時にこれら貴金属が拡散移動することに伴い、ボイドの発生が抑制されるものと考えられる。
【００６６】
一方、第一の電極金属層および第二の電極金属層の構成として実施例１と同じ構成を採り、第一の熱処理を行わずに第二の熱処理を行って得た（比較例１の）ｎ型コンタクト電極では、以下に説明するように、上記実施例１のような状態とならず、最下層にＡｕやＡｌが混在し、これら金属がｎ型半導体に接触しているばかりでなく、電極内に大きな空隙（ボイド）が観察された。
【００６７】
図４には上記比較例１のｎ型コンタクト電極の断面のＴＥＭ−ＥＤＸ分析結果が示されている。該結果によると、熱処理後の電極は、基本的には、下からＴｉＮを含むＴｉ層２１０、Ｔｉ（ＴｉＮを含む）、Ａｌ及びＡｕが混在する層２２０、並びにＡｌからなる層２３０が積層された構造を有するものの、前記層２１０は部分的に破れて前記層２２０がｎ型半導体に直接接触している部分があるばかりでなく、前記層２２０には大きな空隙（ボイド）が形成されている。
【００６８】
実施例１では、比較例１に比べて接触抵抗が有意に低下している事実と合わせて、上記観察結果は、「発明の効果」の欄で示した推定機構を支持するものである。
【００６９】
（III族窒化物半導体）
上記方法によれば、ｎ型半導体層上にオーミック特性が良好なｎ型コンタクト電極金属層を形成できる。そうして得られたIII族窒化物半導体は、低電圧での駆動が可能となり、そのため、ＬＥＤデバイス等、省エネルギーが必要不可欠なデバイスに使用することができる。
【実施例】
【００７０】
以下に、本発明の具体的な実施例、比較例について図を参照しながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。【００７１】
実施例１
（ｎ型半導体層の準備）
ＭＯＣＶＤ法により、サファイア基板上１にＳｉ（１×１０１８原子／ｃｍ３）をドーピングさせて成長させたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（ｎ型半導体層２：厚み１．５μｍ）の表面に対して、塩素ガスを含む塩素系ガスによりドライエッチング処理を行った。その後、該基板を濃度３７ｗｔ％の塩酸に４０℃の温度で１５分間浸漬させて、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の表面処理を行った（図２（ａ））。【００７２】
（第一の電極金属層の形成、および第一の熱処理)
表面処理を行ったＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（ｎ型半導体層２）上に、第一の電極金属層３としてＴｉを電子線蒸着法にて２０ｎｍ成膜した（図２（ｂ））。【００７３】
次いで、第一の熱処理は、窒素ガス雰囲気中で行い、該熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いた瞬間熱処理により行った。熱処理時間は１分とし、第一の熱処理温度は、１０００℃で行った。なお、１０００℃になるまでの昇温時間は６０秒であった。【００７４】
（第二の電極金属層の形成、および第二の熱処理）
次に、前記第一層３ｂとして形成されたＴｉ層の上に、第二の電極金属層４としてＴｉ（第一の金属膜４１）、Ａｌ（第二の金属膜４２）、Ａｕ（第三の金属膜４３）を電子線蒸着法にて順次成膜し、膜厚は、それぞれ１０ｎｍ、１００ｎｍ、５ｎｍとした（図２（ｃ））。【００７５】
第二の電極金属層４を形成した後の熱処理（第二の熱処理）は、第一の熱処理と同じく、窒素ガス雰囲気中において行い、該熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いた瞬間熱処理により行った。熱処理時間は１分とし、熱処理温度は、８２５℃とした。なお、８２５℃になるまでの昇温時間は６０秒であった。【００７６】
こうして作製されたｎ型コンタクト電極層５の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。なお、この実施例１で得られたｎ型コンタクト電極においては、１ｍＡの電流値を得るのに必要な電圧値は５．０Ｖであった。【００７７】
実施例２
実施例１の第二の熱処理において、熱処理温度を７７５℃とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト電極層の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。【００７８】
実施例３
実施例１の第二の熱処理において、熱処理温度を８００℃とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト電極層の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。【００７９】
実施例４
実施例１の第二の熱処理において、熱処理温度を８５０℃とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト電極層の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。【００８０】
実施例５（実施例５−１〜５−１２）
実施例１のｎ型半導体層の準備において、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層（ｎ型半導体層２）の表面処理条件を表２に示す条件に変え、更に第二の熱処理温度を７５０℃とした他は同様にしてｎ型コンタクト電極層を形成し、その電流−電圧特性を測定した。その結果を表２に示す。【００８１】
実施例６
第二の熱処理温度を８００℃とした以外は、実施例５−１１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト電極層の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。【００８２】
実施例７
第一の熱処理温度を８００℃とし、第二の熱処理温度を７５０℃とした以外は、実施例５−１１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト電極の電流−電圧特性を測定した結果の電圧規格化値を表１に示した。【００８３】
比較例１
実施例１において、第一の熱処理を行わなかった以外は、実施例１と同様の操作を行った。第一の熱処理を行わずに得られたｎ型コンタクト電極層の電流−電圧特性を測定した結果、実施例１と比較して接触抵抗値が高くなった。比較例１の電圧規格化値を表１に示した。【００８４】
接触抵抗値が実施例１と比較して高くなった理由は、比較例１では、図４の説明で述べたとおり、第二の熱処理しか行っていないため、ｎ型半導体層の表面をＴｉＮで均一に覆うことができず、ｎ型半導体層とｎ型コンタクト電極層との界面に、熱処理によって形成される空隙や拡散した金属が存在することが原因であると考えられた。【００８５】
比較例２
実施例１において、第二の熱処理を行わなかった以外は、実施例１と同様の操作を行った。こうして作製されたｎ型コンタクト層の電流−電圧特性を測定した結果、４０Ｖの電圧範囲においては、出力電流値は１ｍＡに達しなかった。【００８６】
このように接触抵抗値が非常に高くなった理由は、熱処理を実施しないために多層金属が合金化されなかったためであると考えられる。【００８７】
【表１】
2011078252.tif 000003
【００８８】
【表２】
2011078252.tif 000004
【００８９】
接触抵抗値の指標として、１ｍＡの電流値を得るのに必要な電圧値の規格化値について、前記実施例１〜実施例７、比較例１〜比較例２の結果を表１に示した（但し、比較例２については、１ｍＡ以上の電流値が得られなかったため、電圧の規格化値は記載していない）。前記電圧値の規格化は、得られた各実施例、比較例で測定された電圧値を実施例１の電圧値である５．０Ｖで割って計算したものである。従って、実施例１の電圧規格化値は１．０となる。
【符号の説明】
【００９０】
１    基板
２    ｎ型半導体層
３    第一の電極金属層
３ｂ  第一層（熱処理後の第一の電極金属層）
４    第二の電極金属層
４１  第一の金属膜
４２  第二の金属膜
４３  第三の金属膜
４ｂ  第二層（熱処理後の第二の電極金属層）
５    ｎ型コンタクト電極層
【図１】
2011078252.tif 000005
【図２】
2011078252.tif 000006
【図３】
2011078252.tif 000007
【図４】
2011078252.tif 000008
【国際調査報告】
2011078252.tif 000009
2011078252.tif 000010
2011078252.tif 000011
2011078252.tif 000012